JP2018011022A - Oscillation device, calculation device, and measuring method - Google Patents
Oscillation device, calculation device, and measuring method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018011022A JP2018011022A JP2016140498A JP2016140498A JP2018011022A JP 2018011022 A JP2018011022 A JP 2018011022A JP 2016140498 A JP2016140498 A JP 2016140498A JP 2016140498 A JP2016140498 A JP 2016140498A JP 2018011022 A JP2018011022 A JP 2018011022A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- filter
- resonator
- electromagnetic wave
- oscillation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Abandoned
Links
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 title claims abstract description 101
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 19
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 12
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 13
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000005374 Kerr effect Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000005366 Ising model Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P7/00—Resonators of the waveguide type
- H01P7/08—Strip line resonators
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/80—Constructional details
- H10N60/805—Constructional details for Josephson-effect devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Description
本発明の実施形態は、発振装置、計算装置及び測定方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to an oscillation device, a calculation device, and a measurement method.
量子力学的な分岐現象を示す発振装置を利用する計算機が提案されている。このような発振装置において、損失を調整できることが望まれる。 Computers using an oscillation device that exhibits quantum mechanical branching have been proposed. In such an oscillation device, it is desirable to be able to adjust the loss.
本発明の実施形態は、損失を調整できる発振装置、計算装置及び測定方法を提供する。 Embodiments of the present invention provide an oscillation device, a calculation device, and a measurement method that can adjust loss.
本発明の実施形態によれば、共振器と、電磁波印加部と、フィルタと、導電部と、を含む発振装置が提供される。前記共振器は、ジョセフソン接合を含む。前記電磁波印加部は、第1周波数の成分を含む第1電磁波と、前記第1周波数の成分及び第2周波数の成分を含む第2電磁波と、を前記共振器に印加する。前記導電部は、前記フィルタを通過した電磁波を伝達する。前記共振器は、前記第1電磁波により第3周波数で発振し、前記第2電磁波により前記第3周波数及び第4周波数で発振する。前記フィルタの前記第4周波数における通過率は、前記フィルタの前記第3周波数における通過率よりも高い。 According to the embodiment of the present invention, an oscillation device including a resonator, an electromagnetic wave application unit, a filter, and a conductive unit is provided. The resonator includes a Josephson junction. The electromagnetic wave application unit applies a first electromagnetic wave including a first frequency component and a second electromagnetic wave including a first frequency component and a second frequency component to the resonator. The conductive portion transmits electromagnetic waves that have passed through the filter. The resonator oscillates at a third frequency by the first electromagnetic wave, and oscillates at the third frequency and the fourth frequency by the second electromagnetic wave. The pass rate of the filter at the fourth frequency is higher than the pass rate of the filter at the third frequency.
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Each embodiment will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
図1は、実施形態に係る発振装置を例示する模式図である。
図1は、実施形態に係る発振装置100の一部を回路図により模式的に表している。
図1に表したように、実施形態に係る発振装置100は、発振器10と、フィルタ20と、導電部30と、を含む。発振器10は、電磁波印加部11と、共振器12と、を含む。
FIG. 1 is a schematic view illustrating an oscillation device according to the embodiment.
FIG. 1 schematically shows a part of the
As illustrated in FIG. 1, the
共振器12は、ジョセフソン接合を有する超伝導非線形共振器である。共振器12は、互いに接合された超伝導部121と超伝導部122とを含み、dc SQUID(超伝導量子干渉計)構造を有する。すなわち、共振器12は、超伝導部121、122により設けられたループ(リング)12aを有する。超伝導部121と超伝導部122とは、ジョセフソン接合J1、J2により互いに接合されている。具体的には、超伝導部121の一端と超伝導部122の一端との間に絶縁体が設けられており、超伝導部121の他端と超伝導部122の他端との間に絶縁体が設けられる。これにより、ループ12aが設けられる。
The
共振器12の中央は、例えば、長さLの導波路12bになっている。すなわち、超伝導部121は、ループ12aの端からループ12aの外側へ向かって延びる導波路12bを含む。この例では、超伝導部121と接地電位(グラウンド)との間にキャパシタC0(キャパシタンスCj)が設けられている。超伝導部122は、接地電位に接続されている。
The center of the
dc SQUID構造においては、ジョセフソン接合によるジョセフソンエネルギーをdc SQUID内の磁束によって制御することが可能である(Y. Makhlin et al., Rev. Mod. Phys. 73, 357 (2001))。共振器12は、ループ12a内の磁束の変化に応じて発振することができる。共振器12の発振には、複数のモードが存在する。例えば、複数のモードは第1モード及び第2モードを含み、共振器12は、第1モードにおいて第1の共振周波数に近い第3周波数f3で発振し、第2モードにおいて第2の共振周波数に近い第4周波数f4で発振する。
In the dc SQUID structure, the Josephson energy due to the Josephson junction can be controlled by the magnetic flux in the dc SQUID (Y. Makhlin et al., Rev. Mod. Phys. 73, 357 (2001)). The
電磁波印加部11は、電磁波を共振器12に印加する。電磁波印加部11には、dc SQUIDのモードを励起するための外部電流(dc SQUID励起用外部電流)が流れる。すなわち、電磁波印加部11に高周波電流が流れることにより、変動磁界が発生する。これにより、電磁波印加部11は、dc SQUID内(ループ12a内)の磁束を制御することができる。
The electromagnetic
例えば、電磁波印加部11は、第1周波数f1の周波数成分を含む電磁波(第1電磁波)を共振器12に印加して、共振器12内(dc SQUID内)の磁束を変調する。これにより、第1モードが励起され、共振器12は第1の共振周波数に近い第3周波数f3で発振する。
For example, the electromagnetic
第3周波数は、第1周波数f1の半値f1/2に等しい。本願明細書において、「第3周波数が第1周波数の半値(半分)に等しい」ことは、測定のばらつきの範囲内で第3周波数と第1周波数の半値とが異なる場合を含む。 The third frequency is equal to the half value f1 / 2 of the first frequency f1. In the present specification, “the third frequency is equal to the half value (half) of the first frequency” includes a case where the third frequency and the half value of the first frequency are different within a range of variation in measurement.
または、電磁波印加部11は、第1周波数f1の周波数成分と第2周波数f2の周波数成分とを含む電磁波(第2電磁波)を共振器12に印加して、共振器12内の磁束を変調する。これにより、第1モードと第2モードとが励起され、共振器12は第1の共振周波数に近い第3周波数f3、及び、第2の共振周波数に近い第4周波数f4で発振する。
Alternatively, the electromagnetic
第4周波数は、第2周波数f2と第3周波数f3との和f2+f3に等しい。本願明細書において、「第4周波数が第2周波数と第3周波数との和に等しい」ことは、測定のばらつきの範囲内で、第4周波数と、第2周波数と第3周波数との和と、が異なる場合を含む。 The fourth frequency is equal to the sum f2 + f3 of the second frequency f2 and the third frequency f3. In the present specification, “the fourth frequency is equal to the sum of the second frequency and the third frequency” means that the fourth frequency and the sum of the second frequency and the third frequency are within the range of variation in measurement. , Including the case where they are different.
導電部30は、共振器12の発振によって生じた電磁波であって、フィルタ20を通過した電磁波を伝達する。例えば、導電部30は、読み出しラインであり、測定器などに電気的に接続される。これにより、フィルタ20を介して共振器12から伝搬した電磁波を測定することができる。
The
フィルタ20は、発振装置100を表す回路図上において、共振器12と導電部30との間に設けられる。図1に表したように、フィルタ20は、共振器12及び導電部30と容量性結合する。フィルタ20は、フィルタ20の第1位置201において、共振器12と容量性結合し、第1位置201とは異なる第2位置202において導電部30と容量性結合する。この例では、第1位置201及び第2位置202はフィルタ20の端部である。第1位置201及び第2位置202は、フィルタの端部には限られない。
The
例えば、フィルタ20の第1位置201の端部と、共振器12(導波路12b)の端部123とは、互いに対向するように配置される。第1位置201の端部と端部123との間にはキャパシタC1が設けられる。同様に、フィルタ20の第2位置202の端部と、導電部30の端部301とは互いに対向するように配置される。第2位置202の端部と端部301との間にキャパシタC2が設けられる。
For example, the end of the
フィルタ20は周波数特性を有するフィルタである。フィルタ20の第4周波数f4における通過率は、フィルタ20の第3周波数f3における通過率よりも高い。例えば、フィルタ20は、第2モードによる電磁波を通し、第1モードによる電磁波を通さない。このようなフィルタ20には、例えば、第4周波数f4の電磁波に対するλ/2導波路共振器を用いることができる。すなわち、フィルタ20の長さ(フィルタ20の導波路の長さ)は、第4周波数f4の電磁波の導波路内での波長の0.4倍以上0.6倍以下であり、0.5倍が望ましい。この例では、フィルタ20の導波路の長さとは、フィルタ20の第1位置201の端部から第2位置202の端部までの距離である。但し、フィルタ20は、図1及び図2に表したような直線状でなくてもよく、曲線状であってもよいし、複数の直線部を有していてもよい。この場合には、導波路の長さとは、第1位置201の端部から第2位置202の端部までのフィルタ20内の経路の長さである。
The
図2は、実施形態に係る発振装置の一部を例示する平面図である。
図2に表したように、共振器12(発振器10)、フィルタ20及び導電部30(読み出しライン)は、例えば、基板40上に設けられた配線である。これらの配線は、例えばアルミニウム(Al)やニオブ(Nb)等を含み、冷却により超伝導体に転移する。基板40上には、上記の配線を囲む導電膜45が設けられており、導電膜45は接地電位に接続されている。これにより、図1に示したキャパシタC0が形成される。
FIG. 2 is a plan view illustrating a part of the oscillation device according to the embodiment.
As illustrated in FIG. 2, the resonator 12 (the oscillator 10), the
フィルタ20の第1位置201の端部と共振器12の端部123との間には、配線が設けられていない。これにより、図1に示したキャパシタC1が形成され、フィルタ20と共振器12とは容量性結合する。同様に、フィルタ20の第2位置202の端部と導電部30の端部301との間には配線が設けられていない。これにより、キャパシタC2が形成され、フィルタ20と導電部30とは容量性結合する。
No wiring is provided between the end portion of the
図3は、実施形態に係る発振装置のフィルタの周波数特性を例示するグラフ図である。 図3の横軸は、周波数f(ヘルツ:Hz)を表す。図3の縦軸は、フィルタ20の通過率Raを表す。通過率Raとは、共振器12がフィルタ20に入力(印加)する電磁波の振幅に対する、フィルタ20が導電部30へ出力(印加)する電磁波の振幅の比に相当する。
FIG. 3 is a graph illustrating the frequency characteristics of the filter of the oscillation device according to the embodiment. The horizontal axis in FIG. 3 represents the frequency f (hertz: Hz). The vertical axis in FIG. 3 represents the pass rate Ra of the
図3に表したようにフィルタ20は、例えばバンドパスフィルタであり、通過帯域B1を有する。通過帯域B1において、フィルタ20の通過率Raは、ピーク(極大値P1)を有する。通過帯域B1は、第5周波数f5と、第5周波数f5よりも高い第6周波数f6と、を含む。第5周波数f5におけるフィルタ20の通過率はピーク値の半分(P1/2)であり、第6周波数f6におけるフィルタ20の通過率はピーク値の半分(P1/2)である。
As shown in FIG. 3, the
第4周波数f4は、通過帯域B1に含まれる。例えば、第4周波数f4は、フィルタ20の周波数特性の半値全幅の範囲に入る。換言すれば、第4周波数f4は、第5周波数f5と第6周波数f6との間の周波数である。これにより、フィルタ20は、第2モードによる電磁波を通す。
The fourth frequency f4 is included in the passband B1. For example, the fourth frequency f4 falls within the range of the full width at half maximum of the frequency characteristic of the
一方、第3周波数f3は、通過帯域B1に含まれない。例えば、第3周波数f3は、第5周波数f5よりも低い。または、第3周波数f3は、第6周波数f6よりも高い。このため、フィルタ20は第1モードによる電磁波を通さない。なお、図3に示した例では、第3周波数f3は第4周波数f4よりも低いが、実施形態はこの例に限らない。
On the other hand, the third frequency f3 is not included in the passband B1. For example, the third frequency f3 is lower than the fifth frequency f5. Alternatively, the third frequency f3 is higher than the sixth frequency f6. For this reason, the
前述した通り、第1周波数f1の成分を含む第1電磁波によって、第1モードが励起される。ジョセフソン接合による非線形性は、例えば、共振器内光子数が増えると共振周波数が下がる性質を有することがある。このため量子計算に利用する場合、第1周波数f1の半値f1/2に等しい第3周波数f3は、第1の共振周波数以上であることが望ましい。なお、第1電磁波は、第2周波数f2の成分を含まず、第1電磁波が共振器12に印加されている場合には第2モードは、実質的に励起されない。
As described above, the first mode is excited by the first electromagnetic wave including the component of the first frequency f1. The nonlinearity due to the Josephson junction may have a property that the resonance frequency decreases as the number of photons in the resonator increases, for example. For this reason, when used for quantum computation, it is desirable that the third frequency f3 equal to the half value f1 / 2 of the first frequency f1 is equal to or higher than the first resonance frequency. The first electromagnetic wave does not include a component of the second frequency f2, and the second mode is not substantially excited when the first electromagnetic wave is applied to the
一方、第4周波数f4(第2周波数f2と第3周波数f3との和)は、第2の共振周波数と等しいことが望ましい。実施形態においては、第4周波数f4と第2の共振周波数との差(第1差)を通過帯域B1の幅よりも小さくする。例えば、第1差をフィルタ20の周波特性の半値全幅の範囲以内とする。換言すれば、第1差は、第5周波数f5と第6周波数f6との差よりも小さい。
これにより、第1周波数f1及び第2周波数f2の成分を含む電磁波によって、第1モード及び第2モードが励起される。
On the other hand, the fourth frequency f4 (the sum of the second frequency f2 and the third frequency f3) is desirably equal to the second resonance frequency. In the embodiment, the difference (first difference) between the fourth frequency f4 and the second resonance frequency is made smaller than the width of the passband B1. For example, the first difference is set within the range of the full width at half maximum of the frequency characteristic of the
Thereby, the first mode and the second mode are excited by the electromagnetic wave including the components of the first frequency f1 and the second frequency f2.
第1周波数f1の成分を含む第1電磁波により第1モードが励起され、共振器12が第3周波数f3で発振する場合について考える。このとき、第3周波数f3におけるフィルタ20の通過率Raは低いため、第3周波数f3の電磁波は、フィルタ20を介して導電部30へ伝搬しにくい。したがって、第1電磁波が共振器12に印加されている場合には、フィルタ20及び導電部30を介した共振器12のエネルギー損失は小さい。
Consider a case where the first mode is excited by the first electromagnetic wave including the component of the first frequency f1, and the
一方、第1及び第2周波数f1、f2の成分を含む第2電磁波により、共振器12は、第3及び第4周波数f3、f4で発振する。このとき、第4周波数f4におけるフィルタの通過率Raは高いため、第4周波数f4の電磁波は、フィルタ20を介して導電部30へ伝搬する。したがって、第2電磁波が共振器12に印加されている場合には、第1電磁波が共振器12に印加されている場合に比べて、共振器12のエネルギー損失が大きい。
On the other hand, the
以上説明したように、実施形態に係る発振装置100においては、共振器12と導電部30との間にフィルタ20が設けられている。これにより、dc SQUID内の磁束の制御によって損失を調整することができる。
As described above, in the
このような発振装置100を、例えば、量子計算機に用いることができる。例えば、複数の発振装置100のネットワークの発振現象を利用して、組み合わせ最適化問題を解くことができる。非線形発振器を用いた量子計算機では、計算中においては、できるだけ発振器のエネルギーを外に出さず、計算結果を読み出すときにだけエネルギーを外に取り出せるように、読み出しのオンオフを行うことが望まれる。
Such an
一方、発振器と読み出しラインとが容量性結合されている場合には、計算中に読み出しを完全にオフにすることが難しい。このため、読み出しのオンオフ比を大きくすることが難しい場合がある。 On the other hand, if the oscillator and readout line are capacitively coupled, it is difficult to completely turn off readout during the calculation. For this reason, it may be difficult to increase the on / off ratio of reading.
これに対して、発振装置100を量子計算機に用いた場合には、損失を調整することができるため、計算中の損失を小さくすることができる。実施形態によれば、ジョセフソン接合を有する超伝導回路で実装された非線形発振器の読み出しにおいて、オンオフができ、かつ、オフ時には発振器の損失を非常に小さくすることができる。
On the other hand, when the
以下では、発振装置における発振状態の読み出し(測定)について説明する。
既に述べたとおり、共振器12には、複数のモードが存在する。以下では、最も共振周波数が低いモードを基本モード、それ以外のモードを高次モードと呼ぶ。高次モードは共振周波数が低いものから順に1次、2次、と番号を付ける。
Hereinafter, reading (measurement) of an oscillation state in the oscillation device will be described.
As already described, the
なお、前述の第1モード及び第2モードのそれぞれは、基本モード及び高次モードの中から任意に選択され得る。例えば、前述の第1モードを基本モードとし、前述の第2モードを1次モードとすることができる。 Each of the first mode and the second mode described above can be arbitrarily selected from the basic mode and the higher-order mode. For example, the first mode can be the basic mode, and the second mode can be the primary mode.
上記の共振器12は、ジョセフソン接合により、カー効果と呼ばれる非線形性を有する。dc SQUID内の磁束を基本モードの共振周波数(例えば第1の共振周波数に対応する)の約2倍の周波数(例えば第1周波数f1に対応する)で変化させ、ジョセフソンエネルギーを変調することで、基本モードがパラメトリック励起され、発振が起こる。
The
ジョセフソン接合による非線形性のために、基本モードと高次モードとの間には、次のハミルトニアンで記述される相互作用が存在する(基本モードは発振角周波数(パラメトリック励起角周波数の半値)、高次モードはその共振角周波数の回転座標系で表示されている)。
ここで、a0は基本モードの消滅演算子、anはn次モードの消滅演算子を表す。係数E(n) intは基本モードとn次モードとの相互作用の係数であり、dc SQUIDのジョセフソンエネルギーに比例する。
Due to the nonlinearity due to the Josephson junction, the interaction described by the following Hamiltonian exists between the fundamental mode and the higher-order mode (the fundamental mode is the oscillation angular frequency (half value of the parametric excitation angular frequency), Higher order modes are displayed in the rotating coordinate system of the resonance angular frequency).
Here, a 0 is extinguished operator, a n of the fundamental mode represents annihilation operators n-order mode. The coefficient E (n) int is a coefficient of interaction between the fundamental mode and the n-th mode, and is proportional to the Josephson energy of the dc SQUID.
通常は発振周波数ωp/2(基本モードの共振角周波数ω0に近い)と、n次モードの共振角周波数ωnと、の差(ωn‐ωp/2)が十分大きい。このため、速い振動因子
のために、上記の相互作用は無視され、高次モードは励起されない。しかし、dc SQUID内の磁束をこの角周波数差(ωn‐ωp/2)に等しい角周波数(例えば第2周波数f2に対応する)で変調すると、ジョセフソンエネルギーがその角周波数で変調され、ハミルトニアンの中の上記の速い振動因子がキャンセルし、基本モードからn次モードへのエネルギー変換が起こる。その結果、角周波数ωn(例えば第4周波数f4に対応する)の電磁波が発生する。
Normally, the difference (ω n −ω p / 2) between the oscillation frequency ω p / 2 (close to the fundamental mode resonance angular frequency ω 0 ) and the n-order mode resonance angular frequency ω n is sufficiently large. For this reason, a fast vibration factor
For this reason, the above interaction is ignored and higher modes are not excited. However, when the magnetic flux in the dc SQUID is modulated with an angular frequency equal to this angular frequency difference (ω n -ω p / 2) (eg, corresponding to the second frequency f2), the Josephson energy is modulated at that angular frequency, The fast oscillation factor in the Hamiltonian cancels and energy conversion from the fundamental mode to the nth order mode occurs. As a result, an electromagnetic wave having an angular frequency ω n (for example, corresponding to the fourth frequency f4) is generated.
そこで、角周波数ωnの電磁波を通すフィルタ20を介して共振器12を読み出しライン(導電部30)と結合し、発生した角周波数ωnの電磁波の状態を測定する。この測定によって基本モードの状態を読み出すことができる。一方、基本モードはフィルタ20を通れないので、角周波数(ωn‐ωp/2)の変調がない限り、基本モードのエネルギーが外には出ることはない。
Therefore, through the
以上のように、共振器12と読み出しラインとの間に、共振器12のn次モードを通すが基本モードは通さないフィルタを設置することで、計算の際は基本モードの損失を非常に小さくことができる。読み出しの際は、発振周波数とn次モードの共振周波数との差に相当する周波数の変調を、発振器のdc SQUID内の磁束に印加する。これにより、基本モードのエネルギーをn次モードに変換し、発生したn次モードの電磁波をフィルタを介して読み出しラインに取り出して測定する。したがって、基本モードの状態を読み出せる。このようにして、大きなオンオフ比が実現でき、かつ、オフ時の基本モードの損失を非常に小さくすることができる。
As described above, by installing a filter that passes the n-order mode of the
図3に関して説明した通り、上記の周波数の設定は、フィルタ20のバンド幅(通過帯域B1)と同程度の精度で行われるものとする。 As described with reference to FIG. 3, the frequency setting is performed with the same accuracy as the bandwidth of the filter 20 (passband B <b> 1).
実施形態に係る状態読み出し方式は、受動素子であるフィルタ20を共振器12と読み出しラインとの間に設置するだけで行える。この状態読み出し方式においては、パラメトリック励起のためにもともとあったdc SQUIDをそのまま利用して、読み出しに必要な変調を行える。このため、dc SQUIDを持つ読み出しラインを用いる方式よりも簡便であるという利点もある。
The state readout method according to the embodiment can be performed simply by installing the
以下、図1に示した回路を用いた実施例について説明する。
ここでは、読み出しに使う高次モードとして1次モードを用いることとする。
An embodiment using the circuit shown in FIG. 1 will be described below.
Here, the primary mode is used as a high-order mode used for reading.
dc SQUID励起用外部電流により磁束を変調されたdc SQUIDのジョセフソンエネルギーを
とすると、この非線形発振器のハミルトニアンは、近似的に次のようになる。
The Josephson energy of the dc SQUID modulated by the external current for dc SQUID excitation
Then, the Hamiltonian of this nonlinear oscillator is approximately as follows.
ここで、
は、パラメトリック励起に対する基本モードの離調である。
here,
Is the detuning of the fundamental mode for parametric excitation.
Knは各モードのカー係数であり、次式で表される。
pはパラメトリック励起振幅であり、次式で表される。
grは、基本モードと1次モードとの結合係数であり、次式で表される。
K n is the Kerr coefficient of each mode is expressed by the following equation.
p is a parametric excitation amplitude and is expressed by the following equation.
g r is the coupling coefficient between the fundamental mode and the first-order mode is expressed by the following equation.
αnは、定数であり、次式で表される。
ここで、φ0は、磁束量子を2πで割ったものであり、次式で表される。
αn is a constant and is expressed by the following equation.
Here, φ 0 is obtained by dividing the magnetic flux quantum by 2π and is represented by the following equation.
knは、導波路中の各モードの波数であり、
および、
を満たす。ここで、Cw、Lwは、導波路の単位長さ当たりのキャパシタンスとインダクタンスである。
k n is the wave number of modes in the waveguide,
and,
Meet. Here, C w and L w are capacitance and inductance per unit length of the waveguide.
は、導波路の特性インダクタンスである。
Is the characteristic inductance of the waveguide.
は、dc SQUIDのジョセフソンインダクタンスである。
Is the Josephson inductance of the dc SQUID.
以下、パラメータの具体的な値を選んで説明する。
典型的な値として、Cw=150(フェムトファラッド/ミリメートル:fF/mm)、Zw=50(オーム:Ω)、ω0/2π=5(ギガヘルツ:GHz)とする。
Hereinafter, description will be made by selecting specific values of parameters.
Typical values are C w = 150 (femtofarad / millimeter: fF / mm), Zw = 50 (ohm: Ω), and ω 0 / 2π = 5 (gigahertz: GHz).
とする。これで残りのパラメータはCJとLだけで決まる。以下、実施例1ではCJを比較的大きい値である100fFに、実施例2ではCJを比較的小さい値である10fFに設計した場合を説明する。
And This remaining parameters determined only by C J and L. Hereinafter, the 100fF a relatively large value in C J Example 1, illustrating the case of designing the in C J Example 2 to a relatively
(第1の実施例)
ここでは、CJを比較的大きい値である100fFとする。このとき、K0とpをLの関数として表すと図4のようになる。
図4は、第1の実施例におけるカー係数及びパラメトリック励起振幅の計算結果を例示するグラフ図である。
Lが6mmに近い値になるとK0が小さくなり、非線形性が小さいため望ましくない。Lがゼロに近いと、pをK0に比べて大きくすることが難しくなり、発振器として望ましくない。よって今の場合、Lは1mm以上4mm以下が望ましい。
(First embodiment)
Here, the 100fF a relatively large value C J. At this time, K 0 and p are expressed as a function of L as shown in FIG.
FIG. 4 is a graph illustrating the calculation results of the Kerr coefficient and the parametric excitation amplitude in the first embodiment.
When L is a value close to 6 mm, K 0 becomes small, and nonlinearity is small, which is not desirable. When L is close to zero, it is difficult to increase in comparison with the p K 0, undesirable as an oscillator. Therefore, in this case, L is preferably 1 mm or more and 4 mm or less.
図5は、第1の実施例における高次モードの共振周波数の計算結果を例示するグラフ図である。
図5は、Lが1mm、2mm、3mmまたは4mmの場合における、高次モードの共振周波数を示す。高次モードの共振周波数が基本モードの共振周波数5GHzから大きくずれていることがわかる。ある高次モードの共振周波数と、別の高次モードの共振周波数との差は、10GHz以上であることが分かる。
FIG. 5 is a graph illustrating the calculation result of the resonance frequency of the higher-order mode in the first example.
FIG. 5 shows the resonance frequency of the higher-order mode when L is 1 mm, 2 mm, 3 mm, or 4 mm. It can be seen that the resonance frequency of the higher order mode is greatly deviated from the resonance frequency of 5 GHz of the fundamental mode. It can be seen that the difference between the resonance frequency of one higher order mode and the resonance frequency of another higher order mode is 10 GHz or more.
図6は、第1の実施例における基本モードと1次モードの結合係数の計算結果を例示するグラフ図である。図6は、grのL依存性を示している。grは、L=2.5mm付近で最大値となる。grの値は、gr/2π≒140MHzと十分大きい。よって、変調によって基本モードから1次モードへ効率よく変換することができる。 FIG. 6 is a graph illustrating the calculation result of the coupling coefficient between the fundamental mode and the first-order mode in the first embodiment. Figure 6 shows the L dependence of g r. g r is a maximum at L = 2.5mm around. The value of g r is sufficiently large and g r / 2π ≒ 140MHz. Therefore, it is possible to efficiently convert from the fundamental mode to the primary mode by modulation.
1次モードだけを通すフィルタについて説明する。例として、grが最大となるL=2.5mmの場合を考える。このとき、1次モードの共振周波数は、22.6GHzとなる。よって、22.6GHzを通すフィルタを発振器と読み出しラインとの間に設置する。このようなフィルタは、基本モードの共振周波数が22.6GHzであるλ/2導波路共振器で実装できる。例えば、導波路の単位長さ当たりのキャパシタンスと特性インピーダンスとを、それぞれ、上記と同じ150fF/mmと50Ωとする。このとき、22.6GHzの波長は5.90mmであるので、共振器の長さをその半分の2.95mmとすればよい。発振器の基本モードの共振周波数は5GHzであるため、基本モードによる電磁波は、このフィルタを通ることはできない。 A filter that passes only the primary mode will be described. As an example, consider the case of L = 2.5 mm to g r is maximized. At this time, the resonance frequency of the primary mode is 22.6 GHz. Therefore, a filter that passes 22.6 GHz is installed between the oscillator and the readout line. Such a filter can be implemented with a λ / 2 waveguide resonator having a fundamental mode resonance frequency of 22.6 GHz. For example, the capacitance per unit length of the waveguide and the characteristic impedance are set to 150 fF / mm and 50Ω, respectively, as described above. At this time, since the wavelength of 22.6 GHz is 5.90 mm, the length of the resonator may be half that of 2.95 mm. Since the resonance frequency of the fundamental mode of the oscillator is 5 GHz, electromagnetic waves in the fundamental mode cannot pass through this filter.
(第2の実施例)
ここでは、CJを比較的小さい値である10fFとする。このとき、K0とpをLの関数として表すと図7のようになる。
(Second embodiment)
Here, a 10fF a relatively small value C J. At this time, K 0 and p are expressed as a function of L as shown in FIG.
図7は、第2の実施例におけるカー係数及びパラメトリック励起振幅の計算結果を例示するグラフ図である。
Lが6mmに近い値になるとK0が小さくなり、非線形性が小さいため望ましくない。Lが1mm以下だと、pをK0に比べて大きくすることが難しくなり、発振器として望ましくない。よって今の場合、Lは2mm〜4mmが望ましい。
FIG. 7 is a graph illustrating the calculation results of the Kerr coefficient and the parametric excitation amplitude in the second embodiment.
When L is a value close to 6 mm, K 0 becomes small, and nonlinearity is small, which is not desirable. L is the I 1mm or less, it is difficult to increase in comparison with the p K 0, undesirable as an oscillator. Therefore, in this case, L is preferably 2 mm to 4 mm.
図8は、第2の実施例における高次モードの共振周波数の計算結果を例示するグラフ図である。
図8は、Lが2mm、3mmまたは4mmの場合の高次モードの共振周波数を示す。高次モードの共振周波数が基本モードの共振周波数5GHzから大きくずれていることがわかる。ある高次モードの共振周波数と、別の高次モードの共振周波数との差は、10GHz以上であることが分かる。
FIG. 8 is a graph illustrating the calculation result of the resonance frequency of the higher-order mode in the second example.
FIG. 8 shows the resonance frequency of the higher-order mode when L is 2 mm, 3 mm, or 4 mm. It can be seen that the resonance frequency of the higher order mode is greatly deviated from the resonance frequency of 5 GHz of the fundamental mode. It can be seen that the difference between the resonance frequency of one higher order mode and the resonance frequency of another higher order mode is 10 GHz or more.
図9は、第2の実施例における基本モードと1次モードの結合係数の計算結果を例示するグラフ図である。図9は、grのL依存性を示している。grはL=2.3mm付近で最大値となる。grの値はgr/2π≒145MHzと十分大きい。よって、変調によって基本モードから1次モードへ効率よく変換することができる。 FIG. 9 is a graph illustrating the calculation result of the coupling coefficient between the fundamental mode and the first-order mode in the second embodiment. Figure 9 shows the L dependence of g r. g r is the maximum value in the vicinity of L = 2.3mm. The value of g r is sufficiently large and g r / 2π ≒ 145MHz. Therefore, it is possible to efficiently convert from the fundamental mode to the primary mode by modulation.
1次モードだけを通すフィルタについて説明する。例として、grが最大となるL=2.3mmの場合を考える。このとき、1次モードの共振周波数は、29.1GHzとなる。よって、29.1GHzを通すフィルタを発振器と読み出しラインとの間に設置する。このようなフィルタは、基本モードの共振周波数が29.1GHzであるλ/2導波路共振器で実装できる。導波路の単位長さ当たりのキャパシタンスと特性インピーダンスとを、それぞれ、上記と同じ150fF/mmと50Ωとする。このとき、29.1GHzの波長は4.58mmであるので、共振器の長さをその半分の2.29mmとすればよい。発振器の基本モードの共振周波数は5GHzであるため、基本モードによる電磁波は、このフィルタを通ることはできない。 A filter that passes only the primary mode will be described. As an example, consider the case of L = 2.3 mm to g r is maximized. At this time, the resonance frequency of the primary mode is 29.1 GHz. Therefore, a filter that passes 29.1 GHz is installed between the oscillator and the readout line. Such a filter can be implemented with a λ / 2 waveguide resonator having a fundamental mode resonance frequency of 29.1 GHz. The capacitance per unit length of the waveguide and the characteristic impedance are set to 150 fF / mm and 50Ω, respectively, as described above. At this time, since the wavelength of 29.1 GHz is 4.58 mm, the length of the resonator may be half that of 2.29 mm. Since the resonance frequency of the fundamental mode of the oscillator is 5 GHz, electromagnetic waves in the fundamental mode cannot pass through this filter.
(第3の実施例)
図10は、実施形態に係る計算装置を例示する模式図である。
図10に表したように、計算装置200(量子計算装置)は、複数の発振装置100と結合共振器150とを含む。この例では、複数の発振装置100として、第1発振装置101と第2発振装置102が設けられている。第1発振装置101と第2発振装置とは、結合共振器150を介して結合している。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a schematic view illustrating a calculation device according to the embodiment.
As illustrated in FIG. 10, the calculation device 200 (quantum calculation device) includes a plurality of
結合共振器150は、配線部52(超伝導部)と、共振器50aと、共振器50bと、電磁波印加部51aと、電磁波印加部51bと、を含む。配線部52は、導波路である。
共振器50a及び共振器50bは、それぞれ、dc SQUID構造を有する。すなわち、各共振器は、2つのジョセフソン接合により形成されたループ状の超伝導回路である。回路上において、配線部52の一端と接地電位との間に共振器50aが設けられ、配線部52の他端と接地電位との間に共振器50bが設けられている。
The coupled
The
電磁波印加部51aは、電流により共振器50a(dc SQUID)内の磁束を変調することができる。同様に、電磁波印加部51bは、電流により共振器50b(dc SQUID)内の磁束を変調することができる。
The electromagnetic
第1発振装置101の共振器12(超伝導部121)は、キャパシタC3によって、結合共振器150の配線部52と容量性結合する。同様に、第2発振装置102の共振器12(超伝導部121)は、キャパシタC4によって、結合共振器150の配線部52と容量性結合する。
The resonator 12 (superconducting portion 121) of the
このように実施形態に係る計算装置200においては、複数の発振装置100のそれぞれが、dc SQUIDで終端された結合共振器と容量性結合する。これにより、結合共振器を介して発振装置100同士が結合され、発振装置100のネットワークが形成される。
As described above, in the
図10では2つの発振装置100が結合される場合を例示したが、実施形態においては3つ以上の発振装置100が設けられてもよい。この場合には、発振装置100の腕の数を増やし、複数の発振装置100の間のそれぞれに結合共振器150を設ければよい。
Although FIG. 10 illustrates the case where two
図10に表したように、計算装置200は、測定器151及び制御装置152と電気的に接続される。制御装置152は、各発振装置100の系のパラメータ(分岐パラメータと呼ぶ)を個別に制御する。例えば、制御装置152は、各発振装置100の電磁波印加部11の電流を制御する。
As shown in FIG. 10, the
測定器151は、各発振装置100の導電部30(読み出しライン)と電気的に接続されている。測定器151は、導電部30を介して、各発振装置100の出力を測定する。計算装置200は、この測定結果によって計算結果を得ることができる。測定器151は、例えば電場振幅の位相のパリティを測定する。
The measuring
計算装置200は、例えば、組み合わせ最適化問題を解くことに利用される。
発振装置100は、単独である場合、系のパラメータ(分岐パラメータ)を制御パラメータとする量子断熱変化によって、1つの量子状態を分岐させ区別可能な量子状態の重ね合わせを生成することが可能である。計算中における発振装置100の損失は、その影響が無視できるほど小さいとする。例えば、発振装置100は、初期状態を真空状態としてパラメトリック励起振幅p(発振装置100の分岐パラメータ)をゼロから徐々に大きくしていくと、2つの発振状態の量子力学的な重ね合わせを生成する。
The
When the
このような発振装置100を複数用いる計算装置200は、初期状態を真空とした量子断熱変化を利用して最適解を見つけ出す。計算においては、解きたい問題に合わせて発振装置100の間の結合を設定する。例えば、発振装置100のネットワークのハミルトニアンは、イジングモデルを例として考えることができる。発振装置100の間の結合の設定は、イジングスピン同士の結合定数の設定に対応する。
The
結合を設定した後、分岐パラメータを徐々に変化させる。計算の始めにおいては、分岐パラメータはゼロであり、初期状態である真空状態は全系の基底状態である。分岐パラメータを十分ゆっくり変化させると、量子断熱定理により、全系の状態は最終的なハミルトニアンの基底状態へと変化する。ここで、分岐パラメータが十分大きい場合、非線形項(パラメトリック増幅とカー効果)が主要となり、発振振幅はどの発振装置においても同程度となり、位相だけが異なる状況になる。そして、各発振装置100からこの位相を測定して、測定結果から計算結果を得る。
After setting the connection, gradually change the branch parameter. At the beginning of the calculation, the bifurcation parameter is zero, and the initial vacuum state is the ground state of the entire system. If the bifurcation parameter is changed sufficiently slowly, the state of the whole system changes to the final Hamiltonian ground state by the quantum adiabatic theorem. Here, when the branching parameter is sufficiently large, the nonlinear term (parametric amplification and Kerr effect) is the main, the oscillation amplitude is the same in any oscillation device, and only the phase is different. And this phase is measured from each
このように発振装置100のネットワークによって発振現象(分岐現象)と量子効果を利用して組み合わせ最適化問題を解くことができる。
As described above, the combination optimization problem can be solved by utilizing the oscillation phenomenon (branch phenomenon) and the quantum effect by the network of the
2つの発振装置100をキャパシタを介して直接結合することも可能である。しかし、2つの発振装置100を直接結合する場合、発振装置100の配置の自由度が低い上、結合定数を変更することが困難である。そこで、図10の例では、発振装置100同士を結合共振器150で結合する。これにより、配置の自由度が向上する。発振装置100と結合共振器150との結合強度や結合共振器150の離調を調整することで、解きたい問題に応じた結合定数の変更が容易になる。
It is also possible to couple the two
実施形態は、例えば、以下の構成を含んでも良い。
(構成1)
ジョセフソン接合を含む共振器と、
第1周波数の成分を含む第1電磁波と、前記第1周波数の成分及び第2周波数の成分を含む第2電磁波と、を前記共振器に印加する電磁波印加部と、
フィルタと、
前記フィルタを通過した電磁波を伝達する導電部と、
を備え、
前記共振器は、前記第1電磁波により第3周波数で発振し、前記第2電磁波により前記第3周波数及び第4周波数で発振し、
前記フィルタの前記第4周波数における通過率は、前記フィルタの前記第3周波数における通過率よりも高い発振装置。
(構成2)
前記第3周波数は、前記第1周波数の半分と等しく、
前記第4周波数は、前記第2周波数と前記第3周波数との和に等しい構成1記載の発振装置。
(構成3)
前記フィルタの1つの通過帯域に含まれる第5周波数における前記フィルタの通過率は、前記フィルタの通過率のピーク値の半分であり、
前記通過帯域に含まれ前記第5周波数よりも高い第6周波数における前記フィルタの通過率は、前記ピーク値の半分であり、
前記第4周波数は、前記第5周波数と前記第6周波数との間であり、
前記第3周波数は、前記第5周波数よりも低い、または、前記第6周波数よりも高い構成1または2に記載の発振装置。
(構成4)
前記フィルタは、前記フィルタの第1位置において前記共振器と容量性結合し、前記第1位置とは異なる前記フィルタの第2位置において前記導電部と容量性結合する構成1〜3のいずれか1つに記載の発振装置。
(構成5)
前記第3周波数に最も近い前記共振器の共振周波数は、前記第3周波数以下である構成1〜4のいずれか1つに記載の発振装置。
(構成6)
前記電磁波印加部は、前記共振器が有するループ内の磁束を変調する構成1〜5のいずれか1つに記載の発振装置。
(構成7)
前記フィルタは、導波路を含み、
前記導波路の長さは、前記第4周波数の電磁波の前記導波路内での波長の0.4倍以上0.6倍以下である構成1〜6のいずれか1つに記載の発振装置。
(構成8)
前記共振器は、複数の共振周波数を有し、
前記第3周波数に最も近い前記共振器の共振周波数は、前記複数の共振周波数のうち最も低い構成1〜7のいずれか1つに記載の発振装置。
(構成9)
構成1〜8のいずれか1つに記載の発振装置を複数備え、
複数の前記発振装置は、第1発振装置と第2発振装置とを含み、
前記第1発振装置と前記第2発振装置とは、互いに結合された計算装置。
(構成10)
配線部を含む結合共振器をさらに備え、
前記第1発振装置と前記第2発振装置とは、前記結合共振器を介して結合された構成9記載の計算装置。
(構成11)
前記結合共振器は、前記配線部の一端と接地電位との間に設けられたジョセフソン接合を有する構成10記載の計算装置。
(構成12)
前記結合共振器は、前記結合共振器が有するループ内の磁束を変調する電磁波印加部をさらに含む構成11に記載の計算装置。
(構成13)
前記第1発振装置は、前記結合共振器の前記配線部と容量性結合する構成10〜12のいずれか1つに記載の計算装置。
(構成14)
ジョセフソン接合を有するループ有し、前記ループ内の磁束を第1周波数で変調することにより前記第1周波数の半値に等しい第2周波数で発振する共振器の発振状態の測定方法であって、
前記第1周波数の変調に加え、第3周波数の変調を前記ループの前記磁束に印加することで、前記第2周波数と前記第3周波数との和に等しい第4周波数で前記共振器を発振させ、
前記第4周波数の電磁波を通すフィルタを介して、前記第4周波数の前記電磁波を読み出しラインへ取り出し、
前記読み出しラインにおいて前記第4周波数の電磁波を測定する、測定方法。
(構成15)
ジョセフソン接合を有する共振器に第1周波数の成分を含む第1電磁波を印加し、
前記共振器に前記第1周波数の成分及び第2周波数の成分を含む第2電磁波を印加し、
前記共振器からフィルタを介して伝搬した電磁波を測定する、
前記共振器の発振状態の測定方法であって、
前記共振器は、前記第1電磁波により第3周波数で発振し、前記第2電磁波により前記第3周波数及び第4共振周波数で発振し、
前記フィルタの前記第4周波数における通過率は、前記フィルタの前記第3周波数における通過率よりも高い測定方法。
(構成16)
前記第3周波数は、前記第1周波数の半分と等しく、
前記第4周波数は、前記第2周波数と前記第3周波数との和に等しい構成15記載の測定方法。
(構成17)
前記フィルタの1つの通過帯域に含まれる第5周波数における前記フィルタの通過率は、前記フィルタの通過率のピーク値の半分であり、
前記通過帯域に含まれ前記第5周波数よりも高い第6周波数における前記フィルタの通過率は、前記ピーク値の半分であり、
前記第4周波数は、前記第5周波数と前記第6周波数との間であり、
前記第3周波数は、前記第5周波数よりも低い、または、前記第6周波数よりも高い構成15または16に記載の測定方法。
(構成18)
前記フィルタは、前記フィルタの第1位置において前記共振器と容量性結合し、前記第1位置とは異なる前記フィルタの第2位置において導電部と容量性結合する構成15〜17のいずれか1つに記載の測定方法。
Embodiments may include the following configurations, for example.
(Configuration 1)
A resonator including a Josephson junction;
An electromagnetic wave application unit configured to apply a first electromagnetic wave including a first frequency component and a second electromagnetic wave including the first frequency component and the second frequency component to the resonator;
Filters,
A conductive part for transmitting electromagnetic waves that have passed through the filter;
With
The resonator oscillates at a third frequency by the first electromagnetic wave, oscillates at the third frequency and the fourth frequency by the second electromagnetic wave,
An oscillation device in which a pass rate of the filter at the fourth frequency is higher than a pass rate of the filter at the third frequency.
(Configuration 2)
The third frequency is equal to half of the first frequency;
The oscillation device according to
(Configuration 3)
The pass rate of the filter at a fifth frequency included in one pass band of the filter is half of the peak value of the pass rate of the filter,
The pass rate of the filter at a sixth frequency included in the passband and higher than the fifth frequency is half of the peak value,
The fourth frequency is between the fifth frequency and the sixth frequency;
The oscillation device according to
(Configuration 4)
Any one of
(Configuration 5)
The oscillation device according to any one of
(Configuration 6)
The oscillation device according to any one of
(Configuration 7)
The filter includes a waveguide;
The length of the said waveguide is an oscillation apparatus as described in any one of the structures 1-6 which are 0.4 times or more and 0.6 times or less of the wavelength in the said waveguide of the electromagnetic wave of the said 4th frequency.
(Configuration 8)
The resonator has a plurality of resonance frequencies;
The oscillation device according to any one of
(Configuration 9)
A plurality of the oscillation devices according to any one of
The plurality of oscillation devices include a first oscillation device and a second oscillation device,
The first oscillating device and the second oscillating device are coupled to each other.
(Configuration 10)
Further comprising a coupled resonator including a wiring portion,
The calculation device according to Configuration 9, wherein the first oscillation device and the second oscillation device are coupled via the coupled resonator.
(Configuration 11)
The computing device according to
(Configuration 12)
The calculation device according to
(Configuration 13)
The calculation device according to any one of
(Configuration 14)
A method of measuring an oscillation state of a resonator having a loop having a Josephson junction and oscillating at a second frequency equal to a half value of the first frequency by modulating a magnetic flux in the loop at a first frequency,
In addition to modulating the first frequency, applying the third frequency modulation to the magnetic flux of the loop causes the resonator to oscillate at a fourth frequency equal to the sum of the second frequency and the third frequency. ,
Take out the electromagnetic wave of the fourth frequency to the readout line through a filter that passes the electromagnetic wave of the fourth frequency,
A measurement method for measuring the electromagnetic wave of the fourth frequency in the readout line.
(Configuration 15)
Applying a first electromagnetic wave including a component of a first frequency to a resonator having a Josephson junction;
Applying a second electromagnetic wave including the first frequency component and the second frequency component to the resonator;
Measuring electromagnetic waves propagated from the resonator through a filter;
A method for measuring the oscillation state of the resonator,
The resonator oscillates at a third frequency by the first electromagnetic wave, oscillates at the third frequency and a fourth resonance frequency by the second electromagnetic wave,
A measurement method in which a pass rate of the filter at the fourth frequency is higher than a pass rate of the filter at the third frequency.
(Configuration 16)
The third frequency is equal to half of the first frequency;
The measurement method according to Configuration 15, wherein the fourth frequency is equal to a sum of the second frequency and the third frequency.
(Configuration 17)
The pass rate of the filter at a fifth frequency included in one pass band of the filter is half of the peak value of the pass rate of the filter,
The pass rate of the filter at a sixth frequency included in the passband and higher than the fifth frequency is half of the peak value,
The fourth frequency is between the fifth frequency and the sixth frequency;
The measurement method according to Configuration 15 or 16, wherein the third frequency is lower than the fifth frequency or higher than the sixth frequency.
(Configuration 18)
Any one of configurations 15 to 17, wherein the filter is capacitively coupled to the resonator at a first position of the filter and capacitively coupled to a conductive portion at a second position of the filter different from the first position. The measuring method as described in.
実施形態において、電気的に接続される状態は、複数の導体が直接接する状態の他に、複数の導体が他の導体を介して接続される場合を含む。電気的に接続される状態は、複数の導体が、スイッチング及び増幅などの機能を有する素子を介して接続される場合を含む。 In the embodiment, the electrically connected state includes a case where the plurality of conductors are connected via other conductors in addition to a state where the plurality of conductors are in direct contact. The state of being electrically connected includes the case where a plurality of conductors are connected via elements having functions such as switching and amplification.
実施形態によれば、損失を調整できる発振装置、計算装置及び測定方法が提供できる。 According to the embodiment, it is possible to provide an oscillation device, a calculation device, and a measurement method that can adjust the loss.
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、共振器、電磁波印加部、フィルタ及び導電部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, embodiments of the present invention are not limited to these specific examples. For example, regarding the specific configuration of each element such as a resonator, an electromagnetic wave application unit, a filter, and a conductive unit, those skilled in the art can implement the present invention in the same manner by appropriately selecting from a well-known range, and obtain the same effect. As long as it is possible, it is included in the scope of the present invention.
Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
その他、本発明の実施の形態として上述した発振装置、計算装置及び測定方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての発振装置、計算装置及び測定方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, all oscillation devices, calculation devices, and measurement methods that can be implemented by those skilled in the art based on the oscillation device, calculation device, and measurement method described above as embodiments of the present invention are also included in the present invention. As long as the gist is included, it belongs to the scope of the present invention.
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…発振器、 11…電磁波印加部、 12…共振器、 12a…ループ、 12b…導波路、 20…フィルタ、 30…導電部、 40…基板、 45…導電膜、 50a、50b…共振器、 51a、51b…電磁波印加部、 52…配線部、 100〜102…発振装置、 121、122…超伝導部、 123…端部、 150…結合共振器、 151…測定器、 152…制御装置、 200…計算装置、 201…第1位置、 202…第2位置、 301…端部、 B1…通過帯域、 C0〜C4…キャパシタ、 Cj…キャパシタンス、 J1、J2…ジョセフソン接合、 L…長さ、 P1…極大値、 Ra…通過率、 f1〜f6 第1〜第6周波数
DESCRIPTION OF
Claims (10)
第1周波数の成分を含む第1電磁波と、前記第1周波数の成分及び第2周波数の成分を含む第2電磁波と、を前記共振器に印加する電磁波印加部と、
フィルタと、
前記フィルタを通過した電磁波を伝達する導電部と、
を備え、
前記共振器は、前記第1電磁波により第3周波数で発振し、前記第2電磁波により前記第3周波数及び第4周波数で発振し、
前記フィルタの前記第4周波数における通過率は、前記フィルタの前記第3周波数における通過率よりも高い発振装置。 A resonator including a Josephson junction;
An electromagnetic wave application unit configured to apply a first electromagnetic wave including a first frequency component and a second electromagnetic wave including the first frequency component and the second frequency component to the resonator;
Filters,
A conductive part for transmitting electromagnetic waves that have passed through the filter;
With
The resonator oscillates at a third frequency by the first electromagnetic wave, oscillates at the third frequency and the fourth frequency by the second electromagnetic wave,
An oscillation device in which a pass rate of the filter at the fourth frequency is higher than a pass rate of the filter at the third frequency.
前記第4周波数は、前記第2周波数と前記第3周波数との和に等しい請求項1記載の発振装置。 The third frequency is equal to half of the first frequency;
The oscillation device according to claim 1, wherein the fourth frequency is equal to a sum of the second frequency and the third frequency.
前記通過帯域に含まれ前記第5周波数よりも高い第6周波数における前記フィルタの通過率は、前記ピーク値の半分であり、
前記第4周波数は、前記第5周波数と前記第6周波数との間であり、
前記第3周波数は、前記第5周波数よりも低い、または、前記第6周波数よりも高い請求項1または2に記載の発振装置。 The pass rate of the filter at a fifth frequency included in one pass band of the filter is half of the peak value of the pass rate of the filter,
The pass rate of the filter at a sixth frequency included in the passband and higher than the fifth frequency is half of the peak value,
The fourth frequency is between the fifth frequency and the sixth frequency;
3. The oscillation device according to claim 1, wherein the third frequency is lower than the fifth frequency or higher than the sixth frequency.
前記導波路の長さは、前記第4周波数の電磁波の前記導波路内での波長の0.4倍以上0.6倍以下である請求項1〜4のいずれか1つに記載の発振装置。 The filter includes a waveguide;
5. The oscillation device according to claim 1, wherein a length of the waveguide is not less than 0.4 times and not more than 0.6 times a wavelength of the electromagnetic wave having the fourth frequency in the waveguide. .
複数の前記発振装置は、第1発振装置と第2発振装置とを含み、
前記第1発振装置と前記第2発振装置とは、互いに結合された計算装置。 A plurality of the oscillation devices according to any one of claims 1 to 5,
The plurality of oscillation devices include a first oscillation device and a second oscillation device,
The first oscillating device and the second oscillating device are coupled to each other.
前記第1発振装置と前記第2発振装置とは、前記結合共振器を介して結合された請求項6記載の計算装置。 Further comprising a coupled resonator including a wiring portion,
The calculation device according to claim 6, wherein the first oscillation device and the second oscillation device are coupled via the coupled resonator.
前記第1周波数の変調に加え、第3周波数の変調を前記ループの前記磁束に印加することで、前記第2周波数と前記第3周波数との和に等しい第4周波数で前記共振器を発振させ、
前記第4周波数の電磁波を通すフィルタを介して、前記第4周波数の前記電磁波を読み出しラインへ取り出し、
前記読み出しラインにおいて前記第4周波数の電磁波を測定する、測定方法。 A method of measuring an oscillation state of a resonator having a loop having a Josephson junction and oscillating at a second frequency equal to a half value of the first frequency by modulating a magnetic flux in the loop at a first frequency,
In addition to modulating the first frequency, applying the third frequency modulation to the magnetic flux of the loop causes the resonator to oscillate at a fourth frequency equal to the sum of the second frequency and the third frequency. ,
Take out the electromagnetic wave of the fourth frequency to the readout line through a filter that passes the electromagnetic wave of the fourth frequency,
A measurement method for measuring the electromagnetic wave of the fourth frequency in the readout line.
前記共振器に前記第1周波数の成分及び第2周波数の成分を含む第2電磁波を印加し、
前記共振器からフィルタを介して伝搬した電磁波を測定する、
前記共振器の発振状態の測定方法であって、
前記共振器は、前記第1電磁波により第3周波数で発振し、前記第2電磁波により前記第3周波数及び第4共振周波数で発振し、
前記フィルタの前記第4周波数における通過率は、前記フィルタの前記第3周波数における通過率よりも高い測定方法。 Applying a first electromagnetic wave including a component of a first frequency to a resonator having a Josephson junction;
Applying a second electromagnetic wave including the first frequency component and the second frequency component to the resonator;
Measuring electromagnetic waves propagated from the resonator through a filter;
A method for measuring the oscillation state of the resonator,
The resonator oscillates at a third frequency by the first electromagnetic wave, oscillates at the third frequency and a fourth resonance frequency by the second electromagnetic wave,
A measurement method in which a pass rate of the filter at the fourth frequency is higher than a pass rate of the filter at the third frequency.
前記通過帯域に含まれ前記第5周波数よりも高い第6周波数における前記フィルタの通過率は、前記ピーク値の半分であり、
前記第4周波数は、前記第5周波数と前記第6周波数との間であり、
前記第3周波数は、前記第5周波数よりも低い、または、前記第6周波数よりも高い請求項9記載の測定方法。 The pass rate of the filter at a fifth frequency included in one pass band of the filter is half of the peak value of the pass rate of the filter,
The pass rate of the filter at a sixth frequency included in the passband and higher than the fifth frequency is half of the peak value,
The fourth frequency is between the fifth frequency and the sixth frequency;
The measurement method according to claim 9, wherein the third frequency is lower than the fifth frequency or higher than the sixth frequency.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016140498A JP2018011022A (en) | 2016-07-15 | 2016-07-15 | Oscillation device, calculation device, and measuring method |
US15/429,838 US20180017603A1 (en) | 2016-07-15 | 2017-02-10 | Oscillation device, computing device, and measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016140498A JP2018011022A (en) | 2016-07-15 | 2016-07-15 | Oscillation device, calculation device, and measuring method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018011022A true JP2018011022A (en) | 2018-01-18 |
Family
ID=60940912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016140498A Abandoned JP2018011022A (en) | 2016-07-15 | 2016-07-15 | Oscillation device, calculation device, and measuring method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20180017603A1 (en) |
JP (1) | JP2018011022A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2021014886A1 (en) * | 2019-07-19 | 2021-01-28 | ||
WO2021014887A1 (en) * | 2019-07-19 | 2021-01-28 | 日本電気株式会社 | Oscillation device, quantum computer, and control method |
JP2021132188A (en) * | 2020-02-21 | 2021-09-09 | 株式会社東芝 | Calculation device |
JP7524540B2 (en) | 2019-12-27 | 2024-07-30 | 日本電気株式会社 | Oscillators and quantum computers |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11940392B2 (en) | 2019-04-18 | 2024-03-26 | International Business Machines Corporation | Measurement scheme for superconducting qubits using low-frequency microwave signals within a dilution refrigerator |
US11403168B2 (en) | 2020-02-28 | 2022-08-02 | International Business Machines Corporation | Using superconducting microwave gyrator for parity detection of weak magnetic sources |
US11531523B2 (en) * | 2021-01-26 | 2022-12-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Calculating device |
-
2016
- 2016-07-15 JP JP2016140498A patent/JP2018011022A/en not_active Abandoned
-
2017
- 2017-02-10 US US15/429,838 patent/US20180017603A1/en not_active Abandoned
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2021014886A1 (en) * | 2019-07-19 | 2021-01-28 | ||
WO2021014887A1 (en) * | 2019-07-19 | 2021-01-28 | 日本電気株式会社 | Oscillation device, quantum computer, and control method |
JPWO2021014887A1 (en) * | 2019-07-19 | 2021-01-28 | ||
WO2021014886A1 (en) * | 2019-07-19 | 2021-01-28 | 日本電気株式会社 | Oscillation device, quantum computer, and control method |
US20220263467A1 (en) * | 2019-07-19 | 2022-08-18 | Nec Corporation | Oscillation apparatus, quantum computer, and control method |
JP7197013B2 (en) | 2019-07-19 | 2022-12-27 | 日本電気株式会社 | OSCILLATOR, QUANTUM COMPUTER, AND CONTROL METHOD |
JP7318709B2 (en) | 2019-07-19 | 2023-08-01 | 日本電気株式会社 | OSCILLATOR, QUANTUM COMPUTER, AND CONTROL METHOD |
JP7456482B2 (en) | 2019-07-19 | 2024-03-27 | 日本電気株式会社 | Oscillator, quantum computer, and control method |
US11955929B2 (en) | 2019-07-19 | 2024-04-09 | Nec Corporation | Oscillation apparatus, quantum computer, and control method |
JP7524540B2 (en) | 2019-12-27 | 2024-07-30 | 日本電気株式会社 | Oscillators and quantum computers |
JP2021132188A (en) * | 2020-02-21 | 2021-09-09 | 株式会社東芝 | Calculation device |
JP7344157B2 (en) | 2020-02-21 | 2023-09-13 | 株式会社東芝 | computing device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20180017603A1 (en) | 2018-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2018011022A (en) | Oscillation device, calculation device, and measuring method | |
Planat et al. | Photonic-crystal Josephson traveling-wave parametric amplifier | |
Chapman et al. | Widely tunable on-chip microwave circulator for superconducting quantum circuits | |
Pechal et al. | Superconducting switch for fast on-chip routing of quantum microwave fields | |
JP6581545B2 (en) | Computing device | |
US11515851B2 (en) | Josephson traveling wave parametric amplifier | |
CN211457087U (en) | Vector signal generator operating at microwave frequencies | |
JP6367236B2 (en) | Resonator for electron spin resonance | |
JP2019003975A (en) | Electronic circuit, oscillator, quantum bit, and calculation device | |
JP6542165B2 (en) | Computing device and sampling method | |
JP6931051B2 (en) | Microwave devices and methods for generating squeezed states of microwave fields, and methods for forming microwave devices | |
Kervinen et al. | Landau-Zener-Stückelberg interference in a multimode electromechanical system in the quantum regime | |
US11915100B2 (en) | Resonator, oscillator, and quantum computer | |
JP7279792B2 (en) | Resonators, Oscillators, and Quantum Computers | |
US20210288611A1 (en) | Magnetic flux bias for pulse shaping of microwave signals | |
US10819281B2 (en) | Electronic circuit, oscillator, and calculating device | |
Khalifa et al. | Nonlinearity and parametric amplification of superconducting nanowire resonators in magnetic field | |
Rehák et al. | Parametric amplification by coupled flux qubits | |
JP2023133368A (en) | Oscillation apparatus, quantum computer, and control method | |
Cohen et al. | Optomechanical microwave amplification without mechanical amplification | |
US20220318660A1 (en) | Superconducting circuit and quantum computer | |
JP7456482B2 (en) | Oscillator, quantum computer, and control method | |
US20230059903A1 (en) | Electronic circuit, oscillator, and calculating device | |
KR20240131418A (en) | Nonlinear superconducting quantum circuits | |
Grebel | Bidirectional multi-photon communication between remote superconducting resonators |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180904 |
|
A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20190124 |